Лед считается прочным. Какой лёд наиболее прочен, или как избежать несчастных случаев, находясь в осенне-зимний период на водоёме? Теория и практика

Выход на замерший водоем всегда сопровождается риском провалиться под лед. Поэтому, передвигаясь зимой по озеру или реке, необходимо соблюдать меры безопасности, быть бдительным и осторожным.

Считается, что для безопасного выхода одного человека на лед его толщина должна быть не менее 10 см, для группы из 4-5 человек - не менее 15 см, при массовом выходе на лед – не менее 25 см.

Прежде всего, любой человек, совершающий даже короткий переход по замерзшему водоему, должен иметь при себе палку. Ни в коем случае не проверяйте плотность льда ударом ноги. Постучите по льду палкой: если под ней образовалась лужица воды, значит, лед недостаточно крепок. При появлении влаги сразу же покиньте место, на котором стоите, скользя, не отрывая ступни ног от поверхности.

Существует несколько внешних признаков, по которым можно определить прочность льда. Чистый и прозрачный лед , имеющий голубоватый или зеленоватый оттенок, образуется в морозную, безветренную и без осадков погоду. Такой лед похрустывает под ногами. Даже на тонких участках он не проламывается сразу, а как бы предупреждает об опасности расходящимися под ногами радиальными трещинами.

Лёд, имеющий оттенки серого, матово-белого или желтого цвета почти вдвое слабее прозрачного. Такой лед образуется во время морозной погоды со снегопадами и представляет собой смерзшиеся снежинки. Он особенно коварен, так как рушится без предостерегающего потрескивания.

Абсолютно непрочен ноздреватый лед , который, представляет собой замерзший во время метели снег. Участки такого льда надо непременно обходить.

Толщина льда даже на одном водоёме не везде одинакова. Тонкий лёд находится у берегов, в районе стремнин и перекатов, в местах слияния рек, на изгибах и излучинах, около вмерзших предметов, деревьев и камыша, в районе подземных источников, в местах слива в водоемы теплых вод и канализационных стоков. Опасность представляют собой полыньи, проруби, лунки, трещины, которые покрыты тонким слоем льда. Старайтесь обходить такие места как можно дальше во избежание неприятностей.

Ненадёжным является лёд под снегом и сугробами. Снег, покрывая лед, действует, как одеяло. Поэтому под ним лед нарастает значительно медленнее.

Основные правила безопасного поведения на льду:

Нельзя отпускать детей на лед без сопровождения взрослых;

Нельзя выходить на лед в темное время суток и при плохой видимости;

Безопаснее всего придерживаться проторенных троп или идти по уже проложенной лыжне;

Оказавшись на тонком, потрескивающем льду, следует осторожно повернуть обратно и скользящими шагами возвращаться по пройденному пути к берегу;

При переходе водоема группой необходимо соблюдать расстояние друг от друга (5–6 м).

ЗАПРЕЩАЕТСЯ: выходить на лед в состоянии алкогольного опьянения, прыгать и бегать по льду, собираться большим количеством людей в одной точке.

Если вы провалились под лед - сохраняйте спокойствие и хладнокровие. Даже плохо плавающий человек некоторое время может удерживаться на поверхности за счет воздушной подушки, образовавшейся под одеждой. И лишь по мере намокания одежды человек теряет дополнительную плавучесть. Этого времени обычно хватает, чтобы выбраться из полыньи. При этом следует помнить, что наиболее продуктивны первые минуты пребывания в холодной воде, пока еще не намокла одежда, не замерзли руки, не развились характерные для переохлаждения слабость и безразличие.

Постарайтесь дышать медленно и глубоко. Широко раскиньте руки в стороны и постараться зацепиться за кромку льда, чтобы не погрузиться с головой. Повернитесь в ту сторону, откуда пришли. Лёд был достаточно прочным в этом направлении до аварийного участка. Значит, он должен выдержать вас и на обратном пути. У вас нет времени на проверку других маршрутов. Попытайтесь осторожно, не обламывая кромку, без резких движений, наползая грудью, лечь на край льда, забросить на него одну, а затем и другую ногу. Если лед выдержал, медленно, откатитесь от кромки и ползите (или перекатывайтесь) к берегу.

Пресс-служба Главного управления МЧС России по Республике Марий Эл.

Чаще всего люди оказываются на льду, переходя водоемы, чтобы сократить свой путь. Или отправляясь на зимнюю рыбалку. В устойчивую морозную погоду, когда температура не повышается больше минус пяти градусов, безопасным для движения одиночного пешехода считается лед толщиной четыре-пять сантиметров. Восьмисантиметровый лед может выдержать двух стоящих рядом людей, 12-14 сантиметровый, 5-7 человек. Осенний лед безопасен для одного человека при толщине не меньше 10 сантиметров.

Наиболее прочен прозрачный лед с синеватым или зеленоватым оттенком, без воздушных пузырьков, образовавшийся в морозную, безветренную и без осадков погоду. Во время оттепели, изморози, дождя лед становится более белым и матовым, иногда приобретает желтоватый оттенок. Такой лед очень ненадежен. Без крайней необходимости не следует выходить на весенний, пористый лед.

Очень опасен осенний, ноздреватый лед, который представляет собой замерзший во время метели снег. На участки такого льда ступать нельзя ни в коем случае. Молочный, белого или матового цвета, лед вдвое слабее прозрачного. Он образуется в результате смерзания снежинок во время обильного снегопада. Такой лед может проломиться без предостерегающего потрескивания. Если поверхность льда не покрыта снегом, можно увидеть, как под ногами образуются мелкие, расходящиеся во все стороны радиальные трещины. Одновременно слышно негромкое похрустывание, напоминающее треск рассохшегося дерева.

По такому льду можно идти лишь в самом крайнем случае. Если к радиальным трещинам добавляются еще и кольцевые, значит, прочность его на пределе и он может проломиться в любой момент. Наиболее тонок и опасен лед под снежными сугробами, у обрывистых берегов, зарослей тростника, в местах впадения и вытекания из озер рек и ручьев, возле скал, вмороженных коряг, поваленных деревьев, досок и другого мусора, в местах слияния нескольких потоков, то есть там, где вода неспокойна и поэтому замерзает гораздо позже, чем в местах с тихим, ровным течением.

Очень непрочным лед бывает в местах стоков в реку промышленных вод. Указать на них может возвышающаяся над берегом сливная труба, пятна открытой воды, пар, зеленая на фоне снега растительность, более обильные, чем в других местах, заросли камыша. От таких мест лучше держаться подальше, так как лед может быть подтоплен теплыми течениями на гораздо большей, чем видно, площади. При выборе пути по льду надо учитывать, что он по своей структуре неоднороден — где то крепче, где то слабее. Например, на быстрых реках в местах сужений, у крутых берегов лед часто представляет собой несколько тонких корочек, разделенных слоями воздуха. У берегов такие воздушные пузыри могут достигать значительных размеров, иногда больше метра.

В холодную погоду полынью, скрытую под снегом, иногда можно распознать по характерному парению. А темное пятно на ровном снежном покрове может означать, что в этом месте лед более тонок, чем вокруг. В изгибах рек надо стараться держаться как можно дальше от обрывов. Там течение быстрое, неспокойное, лед тоньше и промерзает неравномерно. Весной наиболее опасно на участках, густо заросших осокой, у затопленных кустов. Выходить на берег и особенно спускаться к реке следует в местах, не покрытых снегом.

В противном случае, поскользнувшись и раскатившись на склоне, можно угодить даже в видимую полынью, так как затормозить скольжение на льду бывает очень трудно. При выборе пути никогда не «вспахивайте целину», не ищите новых путей, идите по натоптанным до вас тропам и дорожкам. Люди лучше знают, где идти безопасней. А главное, на тропах лед толще, так как в этом месте его постоянно наращивали, утрамбовывая снег. Лучше всего двигаться по колее, пробитой прошедшей недавно автомашиной. Если лед выдержал несколько автомобильных тонн, то ваши десятки килограммов — уж как нибудь.

Движение по льду.

По льду, прочность которого сомнительна, идти следует поодиночке, сохраняя интервал между людьми не менее пяти метров. Первым, налегке, прощупывая и простукивая лед палкой, должен идти наиболее опытный мужчина. Его желательно страховать с помощью длинной веревки, обвязанной вокруг груди. Если у вас за спиной , одну лямку следует снять, чтобы иметь возможность мгновенно избавиться от него. Или волочить в нескольких метрах за собой на веревке. Крепления на лыжах надо расстегнуть, руки из петель лыжных палок вытащить. Нелишним будет переложить из карманов тяжелые предметы в сумку, чтобы при проваливании они не потянули вас вниз.

Идти по льду следует осторожно, скользящим шагом, мягко ставя ногу на всю ступню. Практика показывает, что лед довольно редко проламывается мгновенно. Обычно пролому предшествует треск, проседание льда, изменение его внешнего вида, может выступить вода. При характерном треске или проседании льда лучше сразу же вернуться назад. Возвращаться в подобных случаях допустимо только по собственным следам, не отрывая ног от поверхности льда. Это самый безопасный путь.

Что делать, если провалился под лед, спасение из полыньи.

При проламывании льда необходимо быстро освободиться от сумок, лечь на живот, широко раскинув руки, и попытаться выползти из опасной зоны. Двигаться нужно только в ту сторону, откуда вы пришли. Если человек оказался в воде, он должен избавиться от всех тяжелых вещей и, удерживаясь на поверхности, постараться выползти на крепкий лед. Проще всего это сделать, втыкая в лед перочинный нож, острый ключ и пр. В идеале во время перехода через зимний водоем необходимо иметь под руками какой нибудь острый предмет.

Из узкой полыньи надо «выкручиваться», перекатываясь с живота на спину и одновременно выползая на лед. В большой полынье взбираться на лед надо в том месте, где произошло падение. В реках с сильным течением надо стараться избегать навальной стороны (куда уходит вода), чтобы не оказаться втянутым под лед. Как бы ни было сложно выбраться из полыньи против течения, делать это следует именно там или сбоку. Если лед слабый, его надо подламывать до тех пор, пока не встретится твердый участок.

Самое главное, когда вы провалились в полынью — сохранять спокойствие и хладнокровие. Даже плохо плавающий человек некоторое (иногда довольно продолжительное) время может удерживаться на поверхности за счет воздушной подушки, образовавшейся под одеждой. И лишь по мере намокания одежды человек теряет дополнительную плавучесть. Этого времени обычно хватает, чтобы выбраться из полыньи.

При этом следует помнить, что наиболее продуктивны первые минуты пребывания в холодной воде, пока еще не намокла одежда, не замерзли руки, не развились характерные для переохлаждения слабость и безразличие. Оказывать помощь провалившемуся человеку следует только одному, в крайнем случае двум его товарищам. Скапливаться на краю полыньи всем не только бесполезно, но и опасно.

Оказывающий помощь человек должен лечь на живот, подползти к пролому во льду и подать пострадавшему конец веревки, длинную палку, ремень, связанные шарфы, куртки и т.п. При отсутствии всяких средств спасения допустимо нескольким людям лечь цепочкой, удерживая друг друга за ноги, и так, ползком, подвинувшись к полынье, помочь пострадавшему. Во всех случаях при приближении к краю полыньи надо стараться перекрывать как можно большую площадь льда, расставляя в стороны руки и ноги, и ни в коем случае не создавать точечные нагрузки, упираясь в него локтями или коленями.

Когда спасатель действует в одиночку, то приближаться к провалившемуся человеку ему целесообразней ногами, втыкая в поверхность льда острые предметы. Если тянуть к потерпевшему руки, то он может стащить за них не имеющего опоры спасателя в воду. После того как пострадавший ухватится за ногу или за поданную ему веревку, надо, опираясь на импровизированные ледорубы, отползать от полыньи. Если есть длинная веревка, лучше заранее подвязать ее к стоящему на берегу дереву и, обеспечившись таким образом гарантированной опорой, ползти к полынье.

Человека, вытащенного из воды, надо немедленно переодеть в сухую одежду и обувь, дать съесть что нибудь сладкое и заставить активно двигаться до тех пор, пока он окончательно не согреется. Помощь человеку, попавшему в воду, надо оказывать очень быстро, так как даже 10-15 минутное пребывание в ледяной воде может быть опасно для жизни.

По материалам книги «Школа выживания при авариях и стихийных бедствиях».
Андрей Ильичев.

Находящееся агрегатном состоянии, которому свойственно иметь газообразную или жидкую форму при комнатной температуре. Свойства льда начали изучать сотни лет назад. Около двухсот лет тому назад ученые обнаружили, что вода - не простое соединение, а сложный химический элемент, состоящий из кислорода и водорода. После открытия формула воды стала иметь вид Н 2 О.

Строение льда

Н 2 О состоит из двух атомов водорода и одного атома кислорода. В спокойном состоянии водород располагается на вершинах атома кислорода. Ионы кислорода и водорода должны занимать вершины равнобедренного треугольника: кислород располагается на вершине прямого угла. Такое строение воды называется диполем.

Лед состоит на 11.2% процента из водорода, а остальное - это кислород. Свойства льда зависят от его химического строения. Иногда в нем присутствуют газообразные или механические образования - примеси.

Лед встречается в природе в виде немногочисленных кристаллических видов, которые устойчиво сохраняют свое строение при температурах от нуля и ниже, но при нуле и выше он начинает плавиться.

Структура кристаллов

Свойства льда, снега и пара совершенно разные и зависят от В твердом состоянии Н 2 О находится в окружении четырех молекул, расположенных в углах тетраэдра. Так как координационная численность низкая, то лед может иметь ажурную структуру. Это отображается на свойствах льда и его плотности.

Формы льда

Лед относится к распространенным в природе веществам. На Земле есть следующие его разновидности:

• речной;
• озерный;
• морской;
• фирновый;
• глетчерный;
• грунтовый.

Есть лед, напрямую образующийся сублимационным путем, т.е. от парообразного состояния. Такой вид принимает скелетовидную форму (мы их называем снежинки) и агрегатов дендритного и скелетного роста (изморозь, иней).

Одной из самых распространенных форм являются сталактиты, т. е. сосульки. Они растут по всему миру: на поверхности Земли, в пещерах. Этот вид льда образуется путем стекания капель воды при разнице температур около нуля градусов в осенне-весенний период.

Образования в виде ледяных полос, появляющихся по краям водоемов, на границе воды и воздуха, а также по краю луж, называются ледяными заберегами.

Лед может образовываться в пористых грунтах в виде волокнистых прожилок.

Свойства льда

Вещество может находиться в разных состояниях. Исходя из этого, возникает вопрос: а какое свойство льда проявляется в том или ином состоянии?

Ученые выделяют физические и механические свойства. Каждое из них имеет свои особенности.

Физические свойства

К физическим свойствам льда относят:

1. Плотность. В физике неоднородная среда представлена пределом отношения массы вещества самой среды к объему, в котором она заключена. Плотность воды, как и других веществ, является функцией температур и давления. Обычно в расчетах используют постоянную плотность воды, равную 1000 кг/м 3 . Более точный показатель плотности учитывается только тогда, когда необходимо очень точно провести расчеты ввиду важности получаемого результата разности плотностей.
   При проведении расчетов плотности льда учитывается, какая вода стала льдом: как известно, плотность соленой воды выше, чем дистиллированной.
2. Температура воды. Обычно происходит при температуре ноль градусов. Процессы замерзания происходят скачками с выделением теплоты. Обратный процесс (таяние) происходит при поглощении того же количества тепла, которое было выделено, но без скачков, а постепенно.
   В природе встречаются условия, при которых происходит переохлаждение воды, но она не замерзает. Некоторые реки сохраняют жидкое состояние воды даже при температуре -2 градуса.
3. количество теплоты, которое поглощается при нагревании тела на каждый градус. Есть удельная теплоемкость, которая характеризуется количеством теплоты, необходимой для нагрева килограмма дистиллированной воды на один градус.
4. Сжимаемость. Еще одно физическое свойство снега и льда - сжимаемость, влияющая на уменьшение объема под воздействием повышенного внешнего давления. Обратная величина называется упругостью.
5. Прочность льда.
6. Цвет льда. Это свойство зависит от поглощения света и рассеивания лучей, а также от количества примесей в замерзшей воде. Речной и озерный лед без посторонних примесей виден в нежно-голубом свете. Морской лед может быть совершенно другим: голубым, зеленым, синим, белым, коричневым, иметь стальной оттенок. Иногда можно увидеть черный лед. Такой цвет он приобретает из-за большого количества минералов и различных органических примесей.

Механические свойства льда

Механические свойства льда и воды определяются сопротивлением воздействию внешней среды по отношению к единице площади. Механические свойства зависят от структуры, солености, температуры и пористости.

Лед - это упругое, вязкое, пластичное образование, но бывают условия, при которых он становится твердым и очень хрупким.

Морской лед и пресноводный различаются: первый намного пластичнее и менее прочный.

При прохождении кораблей обязательно учитываются механические свойства льда. Также это важно при использовании ледяных дорог, переправ и не только.

Вода, снег и лед обладают схожими свойствами, которые определяют характеристики вещества. Но в то же время на эти показания влияют и многие другие факторы: температура окружающей среды, примеси в твердом веществе, а также исходный состав жидкости. Лед - это одно из самых интересных веществ на Земле.

Сопротивление льда раздавливанию. Многочисленные опыты различных учёных показали, что сопротивление льда меняется в широком диапазоне в зависимости от его структуры, пористости, температуры, наличия примесей, направления сжатия относительно расположения кристаллов и др. В процессе сжатия образцы льда начинают разрушаться раньше, чем напряжения в нём достигнут предела прочности. Проведенные исследования показали, что наличие включений в снежно-ледяном массиве значительно влияет на прочностные характеристики льда. Нагрузка, приводящая к разрушению, может быть ниже в 2…3 раза, по сравнению с чистым льдом. Предел прочности льда также сильно зависит от температуры и увеличивается при её понижении. Эта зависимость может быть выражена эмпирической формулой Коржавина σ = А + В·θ, где θ - отрицательная температура льда, °С без знака минус; А и В - эмпирические коэффициенты в интервале температур от 0 до -10°С, А ≈ 15 и В ≈ 3,4. Однако наличие примесей в структуре льдообразований сильно меняет и картину изменения прочностных характеристик в зависимости от температурного фактора. Если отличия в прочностных характеристиках чистого льда и образцов с примесями при температуре -5°С может доходить до 40…50%, то при более высоких температурах эта разница может составлять уже 60…70%. Сопротивление льда разрыву при растяжении зависит в основном от тех же факторов, что и сопротивление раздавливанию, только величина предела прочности меньше. На величину предела прочности влияет наличие примесей. Если образцы льда при сжатии после появления трещин могут допускать дальнейшее увеличение нагрузки, то при разрыве разрушение происходит одномоментно. Сопротивление льда излому определяется путём изгиба образцов льда. Величина предела прочности в этом случае зависит от размера образца. По данным И.П. Бутягина предел прочности крупных образцов в среднем в три раза меньше малых образцов. Согласно данным К.П.Коржавина, предел прочности при сопротивлении излому зависит от скорости нагружения. При увеличении скорости изгиба от 0,00033 м/с до 0,003 м/с, уменьшало предел прочности с 0,92 до 0,36 МПа. Сопротивление льда срезу. Предел прочности льда при срезе меньше, чем при растяжении, по Б.П. Вайнбергу, в среднем почти в два раза σ раст = 1,11 МПа, σ ср = 0,58 МПа. Предел прочности при срезе увеличивается с понижением температуры и может изменяться в зависимости от структуры льда и направления среза относительно направления осей кристаллов. Таким образом, лёд по своим физико-механическим свойствам может быть отнесён к квазиизотропным твёрдым телам, обладающим упругопластическими свойствами, но при ударных нагрузках он ведёт себя как хрупкое тело, за счёт наличия примесей, трещин и пор. Величины пределов прочности льда при различных деформациях неоднозначны, так как сопротивляемость действующим нагрузкам зависит от условий формирования ледяного покрова.

Во льду всегда имеются полости с рассолом и полости, заполненные воздухом или газами. Отношение объема пузырьков с газом или воздухом к общему объему образца льда, выраженное в процентах, называется пористостью льда . Пористость морских льдов может колебаться от 5 до 13%.

Плотность пресного льда , лишенного пузырьков воздуха, при температуре 0 0 С равна 0.918 г·см 3 , а удельный объем при этом равен 1.090 см 3 ·г -1 . Следовательно, при льдообразовании удельный объем увеличивается (плотность уменьшается) примерно на 9%.

Плотность морского льда зависит от температуры, солености и пористости.Плотность льда определяет осадку (погруженность) плавучих льдов, которая для пресных льдов составляет около 9/10, а для морских - до 5/6 их толщины.

Образование (кристаллизация) морского льда происходит не при какой-то фиксированной температуре, как у пресного льда, а непрерывно от температуры замерзания морской воды до температуры, при которой весь рассол замерзнет. Так же непрерывно при повышении температуры происходит плавление (таяние) льда.

Цвет льда, как и воды , объясняется избирательным поглощением и рассеянием световых лучей и зависит от размеров и количества посторонних примесей в нем. Совершенно чистый, пресный, лишенный пузырьков воздуха лед при рассматривании его в большом куске представляется нежно-голубым.

Лед, встречающийся в море, по цвету или оттенкам, заметным в больших массивах льда, можно грубо подразделить на коричневый, белый, зеленый и голубой или синий.

Начальные виды льдов - ледяное сало, шуга, тонкий смоченный молодой лед - имеют темно-серый со стальным оттенком цвет. По мере увеличения толщины цвет льда переходит в светло-серый, а затем в белый. При таянии смоченные водой тонкие льдинки вновь принимают темно-серую окраску.

Встречается лед зеленого, красного, розового, желтого и даже черного цветов, которые объясняются присутствием во льду в больших количествах различных минеральных и органических взвесей (бактерий, планктона, эоловых частиц и др.).

§ 7. Ледовая прочность

Под ледовой прочностью понимают свойство корпусных конструкций сохранять местную прочность (т. е. не получать повреждений) под действием ледовых нагрузок, возникающих при движении ледокола во льдах и во время ледовых сжатий. Ледовая прочность судна определяется его размерами, формой обводов, материалом и конструкцией корпуса, скоростью хода, а также толщиной и физико-механическими характеристиками ледяного покрова.

Ледовые нагрузки, действующие на корпус ледокола при работе во льдах, значительно выше местных нагрузок у других типов судов. Природа ледовых нагрузок: удары о лед вовремя работы ледокола набегами или при непрерывном ходе во льду, статическое давление при сжатии льдов. Наибольшие динамические нагрузки в носовой оконечности возникают при ударах о лед. Кормовая оконечность подвергается значительным динамическим нагрузкам во время реверсов и при работе задним ходом. Ударные ледовые нагрузки имеют локальный характер и приложены главным образом в районе действующей ватерлинии. При ледовом сжатии давление льда на корпус распределяется на значительном по длине корпуса участке.

Определение величины расчетных ледовых нагрузок, действующих на наружную обшивку и набор, является первым этапом при проектировании и расчете корпусных конструкций ледокола.

Канадские судостроители исходят из предположения, что ледовая нагрузка распределена по поясу высотой 0,9 м, причем она приложена самым неблагоприятным образом - в районе между грузовой ватерлинией и ватерлинией, соответствующей половине осадки. Для судов, толщина наружной обшивки которых меньше 25,4 мм, а шпация - более 508 мм, ледовая нагрузкасчитается приложенной непосредственно у ватерлинии. Я. Э. Янс-сон считает это предположение приемлемым для ледоколов, работающих в средних широтах.

Американские специалисты при проектировании и постройке ледоколов типа Уинд ориентировались на ледовую нагрузку интенсивностью 210 кгс/см^, распределенную вдоль ватерлинии по узкому поясу. Ширина этого пояса принималась такой, чтобы суммарное усилие, создаваемое давлением льда, было достаточным для выжимания корпуса ледокола при сжатии. Такая расчетная схема приводит к завышению площади приложения ледовой нагрузки в несколько раз и тем самым - к занижению действующих нагрузок и напряжений. Кроме того, не учитывается, что нагрузки в оконечностях, возникающие при ударах о лед, могут значительно превосходить нагрузки от сжатия корпуса льдом. Недостаточно учитываются основные факторы, от которых зависит величина ледовой нагрузки: форма обводов корпуса, скорость хода судна во льдах, толщина и прочность льда.

Таблица 4

Интенсивность ледовой нагрузки при расчете бортового набора мощного ледокола

Интенсивность нагрузки, кгсісм""

Район корпуса----_._

на шпангоуты на стрингеры

Носовая оконечность 80 47

Средняя часть 40 24

Кормовая око- 60 35 нечность

При постройке в Финляндии ледоколов типа Москва финские судостроители использовали рекомендации советских специалистов. Бортовая обшивка этих ледоколов рассчитывалась на давление льда, равное 100 кгс/см^ - в носовой оконечности, 50 кгс/см^ - в средней части и 75 кгс/см^ - в кормовой оконечности. Интенсивность ледовой нагрузки на шпангоуты и бортовые стрингеры, принятая при расчете корпусных конструкций, указана в табл. 4 . Опыт проектирования корпусных конструкций ледоколов типа Москва оказался удачным: в течение многолетней эксплуатации их корпусные конструкции (за исключением днищевых) не имели существенных ледовых повреждений.

в СССР д. Е. Хейсиным и Ю. Н. Поповым разработан и получил признание метод определения ледовых нагрузок , который достаточно полно отражает физическую картину работы ледокола во льдах. При обосновании этого метода ледяной покров рассматривался как изотропная пластина, лежащая на упругом основании (вода). Лед считался вполне упругим материалом, а его упругие постоянные и значения пределов прочности принимались по данным натурных экспериментов. При определении ударных нагрузок условно принималась заданная конфигурация кромок льдины. С целью уточнения полученных решений расчетные ледовые нагрузки сопоставлялись с фактической прочностью плавающих судов. При этом учитывались сведения о ледовых повреждениях и данные опыта эксплуатации ледоколов в Арктике и в замерзающих неарктических морях.

Разработанный на этой основе расчетный метод пригоден для ледоколов всех классов. Он позволяет при определении ледовых нагрузок, которые в оконечностях назначаются исходя из условий удара о лед, а в средней части корпуса - из условий статического сжатия ледяными полями, учесть размерения ледокола, форму его корпуса и скорость хода, а также ледовые условия, в которых он плавает. Ниже приводятся основные зависимости указанного метода.

Нагрузки на бортовой набор. Величина ледовой нагрузки зависит от конфигурации кромки льдины в районе контакта с бортом. Как показывает анализ, кромка, очерченная по дуге окружности (если принимать величину радиуса в пределах от 10 до 40 м), приводит к распределению и величинам ледовых нагрузок, хорошо согласующимся с данными натурных испытаний и опыта эксплуатации судов во льдах. Ледовая нагрузка в тс/м, действующая на носовую оконечность ледокола,

* Для соленого арктического льда при ударе составляет 350- 600 тс/.н^ .

Коэффициенты к^, к^, ку и к^ определяют по графикам рис. 44-47. Значения углов а и Р снимают на уровне конструктивной ватерлинии^.

Ледовые нагрузки для бортового набора в средней части корпуса определяются исходя из условий статического сжатия ледокола льдами. В качестве расчетных нагрузок, действующих на корпус судна при сжатии, принимаются предельные нагрузки, разрушающие лед заданной толщины. Наблюдения показывают, что у борта ледокола разрушение ледяного покрова при сжатии происходит в основном от изгиба, что объясняется значительнымнаклоном борта к вертикали. С учетом сказанного случаи сжатия ледоколов, имеющих в средней части «наклонный» ф > 8°) или «вертикальный» (Р<8°) борт, рассматриваются отдельно.

^ Для проверки точности замера углов а" и В необходимо постоите,

1Т.^п^^Т.\"Тс " " """"""" недос?атГноГпГв„"о?;иРк;;!

вых сгладить их и в расчет вводить исправленные углы.

к^=у 1о№ ~~ предела прочности льда на изгиб;

/г^, - толщины льда (рис. 50).

Расчетная нагрузка в тс/ж в средней части корпуса ледоколов с «вертикальным» бортом определяется формулойц, = к,КУ\ (13)

где к^ - коэффициент, равный 62 - для соленого льда и 73 - для пресного; к - расчетная толщина льда при сжатии, м. Ледовые нагрузки, действующие на кормовую оконечность, определяются из условия удара ледокола о лед при движении задним ходом или при навале кормы на кромку льда при рыскании. Корма находится в более легких условиях, чем носовая оконечность. Кроме того, форма кормы ледоколов весьма благоприятна для восприятия ледовых усилий ввиду большего наклона борта в корме. В силу этого величина ледовых нагрузок в кормовой оконечности назначается в долях от максимальной нагрузки, действующей на носовую оконечность:

^к = М^н)„,з.- (14)

Величина коэффициента к = 0,7 была назначена исходя из условия удара кормой о лед со скоростью 4-5 уз. Нагрузка при этом должна быть не менее чем на 30% выше нагрузки в средней части ледокола. Протяженность района усиления кормовой «оконечности должна составлять около 20% от длины судна, считая от кормового перпендикуляра.

Нагрузка на наружную (бортовую) обшивку. Анализ взаимодействия корпуса со льдом показывает, что контактные давления, развивающиеся при раздроблении кромки льда, зависят от массы ледокола, формы его обводов, скорости, а также от физико-механических характеристик льда. Ввиду того что некоторые характеристики ледяного покрова недостаточно изучены, строгое определение расчетной величины контактных давлений представляется затруднительным, и при назначении ледовых нагрузок на обшивку используют метод пересчета с прототипа.

При этом исходят из предположения, что ледовая нагрузка распределена по наружной обшивке, причем зона распределения имеет вид пятна, вытянутого вдоль судна на несколько шпаций. Это дает основание полагать, что на рассматриваемом участке борта интенсивность расчетной нагрузки на бортовую обшивку р пропорциональна интенсивности расчетной нагрузки на бортовой набор т. е. р/ро = ЦІЦй, где обозначения без индекса относятся к рассматриваемому ледоколу, а с индексом О - к судну-прототипу.

Для судов, близких к прототипу, можно считать, что условия их эксплуатации во льдах сходны. Следовательно, параметры, характеризующие физико-механические свойства льда, конфигурацию кромки льдины, а также скорость движения во льдах, будут одинаковыми для обоих ледоколов:

Предполагается также, что интенсивность ледовых усилий, действующих на обшивку, зависит от формы корпуса лишь в той мере, в какой она влияет на силу удара, т. е. на приведенную массу судна и его приведенную скорость, и практически не зависит от геометрии смятия кромки льда. Выражение для интенсивности ледовой нагрузки на обшивку при ударе о плавающую льдину запишется в виде

где Рн - интенсивность ледовой нагрузки на обшивку в носовой оконечности; - масса ледокола; Ма - масса льдины.

В случае удара о большое ледяное поле {М^М^ -> 0) формула (15) упрощается:

Р» = (Р«о-" ° " ■ (16)

Отношение водоизмещении ледокола и близкого ему прототипа примерно равно отношению кубов их длин. Учитывая это обстоятельство и равенство V = Уо, формулу (16) можно записать следующим образом:

где L - длина ледокола между перпендикулярами, м;

ka = (l.6cosß + 0,ll)"^° _ jn^ _ коэффициент, учитываю щий влияние угла наклона ß шпангоутов к вертикали {т - коэффициент, определяемый по графику рис. 44);

Значения коэффициента k для ледоколов различных классов

I класс...............30,5

II » ...............24

III » ...............18

Интенсивность ледовой нагрузки в средней части корпуса, определенная из условий сжатия судна во льдах,

Рс = (Рс)о]/-57-^--|. (18)

где обозначения с нулевым индексом относятся к судну-прототипу. Если взять в качестве прототипа мощный ледокол со строительной прочностью бортовой обшивки (pjo = 520 тс/м^, то предельную толщину льда, давление которого выдерживает этот ледокол, можно принять равной 4 ж, а пределы прочности льда на смятие (ojo = 250 тс/м^ и на изгиб (Ор)о = 125 тс/м^. С учетом сказанного формула (18) преобразуется:

р, = 0,52 о^оЧ.^ тс/м\ (19)

Если прочностные характеристики льда при переходе от прототипа к проектируемому ледоколу не изменяются, т. е. если

Ое/(Ое)о =^ öp/(Op)o = 1, то Ре = 82/1 і/ h.

Интенсивность ледовой нагрузки на обшивку в кормовой оконечности Рк назначается по формулегде к" - численный коэффициент, равный 0,7.

Нагрузка Рк должна быть не менее чем на 30% выше нагрузки в средней части. Протяженность района усиления обшивки в кормовой оконечности следует принимать равной 20% от длины судна.

При движении судов во льдах помимо «прямых» ударов наблюдаются также «отраженные» удары, когда судно, ударившись бортом о лед, резко отклоняется в противоположную сторону и ударяется о лед другим бортом. Проекция скорости на нормаль к борту при втором ударе больше, чем при первом. Соответственновозрастают и контактные усилия, что приводит иногда к серьезным повреждениям, в результате этого в ряде случаев отмечались значительные деформации бортовой обшивки и набора, например на ледоколе Ермак во время его первого арктического плавания, а также на некоторых транспортных судах ледовых категорий.

Ледовые нагрузки в носовой оконечности с учетом отраженного удара будут больше, чем приведенные выше [см. формулы (10), (11), (17)], и определятся следующим образом:

X - отстояние от миделя сечения, по которому пришелся отраженный удар.

Прочие обозначения те же, что и выше. Графики функций!д (Р) и /р (Р) приведены на рис. 51.

По найденным значениям интенсивности ледовых нагрузок строят их эпюры по длине ледокола (рис. 52, 53). Эпюры спрям-

ляют на отдельных участках, исходя из конструктивных соображений (например, учитывая расположение переборок). Теоретические кривые нагрузок на обшивку и набор носовой оконечности спрямляют таким образом, чтобы число участков не превышало двух-трех. Значения интенсивности ледовой нагрузки спрямленных эпюр являются расчетными для бортового набора и обшивки ледового пояса.

Нагрузки на палубы и поперечные переборки. Расчетные нагрузки на палубы и поперечные переборки назначаются исходя из расчетных нагрузок на бортовой набор. Формулы для определения этих нагрузок приведены в § 21 и 22, где рассматриваются прочность и конструкция ледовых палуб (платформ) и поперечных переборок.

Нагрузки на штевни. Подробный теоретический анализ удара судна форштевнем о лед и определение возникающих при этом нагрузок проведены в работе .

Ледовая прочность ледокола обеспечивается, однако, не только назначением ледовых нагрузок и выбором соответствующего материала и конструкции его корпуса, нО также выполнением целого ряда эксплуатационных требований. Главнейшим из этих требований является соблюдение некоторой «допустимой» скорости движения во льдах, превышение которой может привести к ледовым повреждениям корпуса. Допустимая скорость движения в конкретных ледовых условиях определяется мощностью энергетической установки и прочностью корпуса ледокола, воспринимающего ледовые нагрузки. Для практического ■ определения безопасной возможной скорости движения надо иметь кривые ледовой и предельной прочности. Кривую ледовой прочности рассчитывают по методике, изложенной выше. Она соответствует скорости движения, при которой напряжения, возникающие в корпусных конструкциях во время взаимодействия корпуса со льдом, равны пределу текучести матер"иала. Кривая предельной прочности определяется на основании расчета конструкций в упруго-пластической зоне и соответствует скорости движения ледокола, при которой несущая способность его конструкций считается исчерпанной. С помощью этих кривых, построенных в координатах V - к я нанесенных на график ледовой ходкости (см. § 11), можно определять безопасную скорость движения ледокола в заданных конкретных и прогнозируемых ледовых условиях при различных режимах работы энергетической установки.

ПАМЯТКА

Безопасность на замёрзших водоёмах

Помните:

Не нужно рисковать, выходя на лёд в период замерзания водоёмов с неустойчивой меняющейся с плюсовой на минусовой температуру.

Наиболее прочен чистый, прозрачный лёд.

Мутный лёд ненадёжен.

На участках, запорошенных снегом, лёд тонкий и некрепкий.

В местах, где в водоём впадают ручьи, речки, обычно образуется наиболее тонкий лёд.

Наименее прочный лёд в местах, где есть растительность: камыш, тальник и т.д.

Для одиночных пешеходов лёд считается прочным при толщине не менее 7 см, а для группы людей - 12 см.

Не выходить на лёд в одиночку без страховочных средств: шесты, верёвки и т.д.

Если вы провалились под лёд:

Не барахтайтесь беспорядочно и не наваливайтесь всей тяжестью тела на кромку льда.

Постарайтесь опереться локтем на лёд и лечь горизонтально (выбираться необходимо в ту сторону, откуда вы шли).

Постарайтесь выкатиться на лёд и без резких движений, не вставая, переместитесь подальше от опасного места (ползите в ту сторону, откуда вы шли).

На твёрдом льду встаньте и постарайтесь быстро добраться до жилья.

ПАМЯТКА

рыбакам по безопасному поведению на льду

Правила безопасного поведения рыбаков на льду определяют, что:

При переходе водоема по льду следует пользоваться проложенными тропами, а при их отсутствии - убедиться в прочности льда;

Во время движения по льду следует обходить опасные места и участки, покрытые толстым слоем снега, Особую осторожность необходимо проявлять в местах, где быстрое течение, родники, выступают на поверхность кусты, трава, впадают в водоем ручьи и вливаются сточные воды и т. п.

Безопасным для перехода является лед с зеленоватым оттенком и толщиной не менее 7 см;

При переходе по льду группами необходимо следовать друг за другом на расстоянии 5-6 метров и быть готовым оказать немедленную помощь терпящему бедствие;

Во время рыбной ловли нельзя пробивать много лунок на ограниченной площади и собираться большими группами.

Возьмите с собой пешню или посох для того, чтобы проверять прочность льда. Если после первого удара лед пробивается, немедленно возвращайтесь на место, с которого пришли. Первые шаги необходимо делать, не отрывая подошвы ото льда. Ни в коем случае не проверяйте прочность льда ударом ноги.

Если вы на лыжах, проверьте, нет ли поблизости проложенной лыжни. Если нет, а вам необходимо ее проложить, крепления лыж отстегните (чтобы, в крайнем случае, быстро от них избавиться), лыжные палки несите в руках, петли палок не надевайте на кисти рук.

Рюкзак (рыбацкий ящик) повесьте на одно плечо, а еще лучше - волоките на веревке в 2-3 метрах сзади на санях или волокуше.

Собираясь на рыбалку необходимо знать прогноз погоды, силу и направление ветра. Если направление ветра в планируемом месте рыбалки будет «отжимным», то очень, велика вероятность отрыва ледовых полей от берегового припая.

При выборе места рыбалки следует учитывать следующие обстоятельства:

В небольших закрытых бухтах, заливах ледообразование начинается раньше и происходит интенсивнее, поэтому здесь более толстый и прочный лед. чем в открытой части акватории. Процесс таяния и разрушения льда в них происходит медленнее, чем в открытой части акватории, т. к. здесь меньше ощущается ветровое воздействие и воздействие сил сжатия;

На реках наиболее слабый лед бывает: на поворотах реки, над валунами и повышениями льда, омываемыми быстрым течением, у обрывистых берегов, в узких протоках, в местах заросших кустарником, камышом;

Уходя или уезжая на рыбную ловлю необходимо предупредить своих близких о том, в какое место рыбак направляется и когда его ожидать обратно. Эти сведения могут быть полезны при поиске в случае каких-либо происшествий.

Действия рыбаков, оторванных на льдине и унесенных от берега.

Когда рыбаку или группе рыбаков становится относительно ясно, что произошел отрыв припая от берега очень важно не поддаться панике и не следует считать себя обреченным. Очевидцы отрыва наверняка сообщат о случившемся спасателям и будет организована помощь. Также возможно изменение направления ветра или течения и льдина будет прибита к берегу или неподвижному льду и появится возможность выхода на берег самостоятельно.

При нахождении льдины в пределах видимости населенных пунктов следует подавать сигналы бедствия: световые, сигналы фонарика или звуковые - ударами металла о металл (буры, лопаты и т. д.);

При длительном нахождении на льдине рыбаки начинают мерзнуть. В данной ситуации следует переодеться используя свою собственную одежду - шерстяные свитеры, носки, шарфы одеть прямо на голое тело, а хлопчатобумажные вещи одеть сверху. Не следует согреваться алкоголем - это дает противоположный результат;

При появлении возможности перебраться на большую по размерам льдину, необходимо эту возможность использовать;

В случае провала под лед, необходимо:

Широко раскинуть руки, чтобы не уйти под лед с головой.

Выбираться из воды легче упираясь в противоположный край льда.

Выбираться на лед следует по-пластунски, отползти от майны на прочный лед. потом встать на ноги. (Желательно иметь при себе «ледовые шилья» втыкая которые в лед значительно легче подтягиваться на руках при выползании на лед). Главное - располагать свое тело так, чтобы оно занимало наибольшую площадь опоры на льду.

Если поблизости находятся рыбаки, то они могут помочь провалившемуся, подав какой-нибудь предмет: веревку, бур, плащ и т. д., при этом не подходя близко к месту провала, чтобы не провалиться самим;

Если провалившийся выбрался на лед и находится один, вдали от жилья, то для начала необходимо принять меры к тому, чтобы немного согреться - сделать пробежку, потом полностью не раздеваясь снять с себя шерстяные вещи, "отжать их и одеть на голое тело. после чего приступить к отжиманию остальной одежды и все одевать на себя, при этом надо находиться в постоянном движении;

При проведении спасательной операции быстро и четко выполнять указания спасателей, не допуская паники.

Если вы увидели, что под лед провалился человек:

Немедленно сообщите ему, что идете на помощь. Подложите под себя лыжи, доску, фанеру (чтобы увеличить площадь опоры) и передвигайтесь на них ползком. Приближайтесь к проруби, широко расставляя при этом руки. До самого края проруби не подползайте, иначе в воде окажутся двое. Подавать веревку с грузом необходимо с расстояния 10-5 метров.

Действуйте решительно и быстро - пострадавший быстро мерзнет в ледяной воде, мокрая одежда тянет его вниз.

Подав пострадавшему веревку или подручное средство для спасения, вытягивайте его на лед и ползите в безопасную зону. Там укройте его от ветра и как можно скорее доставьте в теплое место. Снимите мокрую одежду, разотрите, оденьте в сухую одежду и напоите чаем и обратиться за квалифицированной медицинской помощью.

Помните: отправляться на водоемы в одиночку опасно, а в нетрезвом состоянии недопустимо!